Tegang Yang Berlebih

Pada postingan kali ini saya mau bahas topik yang paling krusial di bidang transmisi tegangan tinggi, yaitu tegangan berlebih (overvoltage). Kenapa krusial, karena hampir semua faulty pada sistem tegangan tinggi itu berhubungan dengan overvoltage yang berakibat pada insulation breakdown sehingga terjadi short circuit. Keliatan hubungannya kan.

Alasan kenapa tegangan lebih ini menjadi krusial lainnya adalah karena investasi paling tinggi pada infrastruktur tegangan tinggi atau tegangan ekstra tinggi adalah pada sistem insulasinya baik itu dari gardu induk hingga jaringan transmisi. Sehingga apabila kita bisa meningkatkan performa dari sistem insulasi tersebut, maka cost yang dapat ditekan oleh pemilik aset TT/TET akan maksimal. Jadi menarik buat dibahas karena akan ketemu titik tengah antara aspek engineering dan sisi ekonomi dalam mendesain jaringan transmisi. Bayangkan saja semisal dalam mendesain jaringan terlalu over engineered sehingga cost proyek akan melambung. Dan bayangkan juga karena ingin saving cost sampai sepeser rupiah saat mendesain malah under spec, justru berbahaya untuk jangka panjang.

Untuk itu kita bahas tentang overvoltage untuk memahami fundamental dalam mendesain sistem insulasi TT/TET. Here we go!

Stress pada insulasi akibat overvoltage

Setiap bagian terkecil dalam power system tersusun dari kombinasi material yang bersifat baik itu konduktor, insulator maupun semikonduktor. Pada material konduktor, terjadi fenomena konduksi yang disebabkan oleh perpindahan partikel bermuatan. Agar perpindahan muatan itu dapat terjadi, material tersebut harus memiliki jumlah elektron bebas yang sangat besar sehingga memungkinkan terjadinya lompatan muatan saat terpengaruh medan listrik. Sementara itu, material insulator memiliki jumlah elektron bebas yang sangat sedikit.

Ketika stress elektrik pada material insulasi meningkat melebihi ambang batas. Ambang batas ini bisa di temui di spec. sheet peralatan. resistivitas pada material tersebut akan menurun dari yang sebelumnya memiliki resistivitas yang tinggi hingga nilai tersebut turun serendah mendekati nilai resistivitas konduktor. Nah kejadian ini disebut breakdown atau kegagalan insulasi. Untuk memahami fenomena ini kita harus bahas dalam materi fisika atom, tapi skip dulu aja.

Untuk mencegah terjadinya breakdown pada media insulasi, kita harus memahami beberapa hal yaitu,

1. Besaran dan karakteristik pada overvoltage dan overcurrent
2. Kebutuhan tingkat kekuatan insulasi pada peralatan
3. Tindak lanjut untuk meredam overvoltage dan melindungi insulasi baik pada peralatan jaringan atau gardu induk.

Setiap peralatan pada power system harus didesain dengan memperkirakan tingkat tegangan lebih yang mungkin terjadi dan insulasi yang diperlukan untuk menahan tingkat tegangan lebih yang dapat menyebabkan breakdown pada insulator tersebut.

Klasifikasi overvoltage

Petir merupakan sumber overvoltage akibat sumber eksternal. Sementara penyebab internal dihasilkan oleh switching, ferroresonance, load rejection, loss ground dan lain-lain.

Tentu overvoltage tersebut berkaitan dengan kekuatan insulasi pada sistem. Kekuatan insulasi pada masing-masing komponen dipengaruhi oleh faktor berikut

1. Karakteristik overvoltage (magnitude, bentuk gelombang, durasi, polaritas tegangan)
2. Desain engnineering insulator dan distribusi medan listrik di dalam insulator
3. Tipe insulator (gas, liquid, solid atau kombinasi)
4. Kondisi fisik insulator (temperatur, tekanan, stress mekanis)
5. Riwayat pengoperasian dan pemeliharaan pada peralatan

Sementara klasifikasi overvoltage berdasarkan magnitude, bentuk dan waktu durasi, karakteristik overvoltage dibagi menjadi sebagai berikut:

01. Maximum continuous (power frequency) overvoltage (MCOV), terjadi pada sistem saat kondisi kerja nominal. Overvoltage ini bisa terjadi pada insulator yang terdampak polutan sehingga terjadi flashover dan berujung pada insulator breakdown.

02. Temporary overvoltage (TOV), terjadi akibat efek gangguan internal.

03. Slow-front overvoltage. Terjadi akibat switching dan sambaran langsung petir ke konduktor pada SUTT/SUTET (shielding failure)

04. Fast-front overvoltage. Dihasilkan dari operasi switching, sambaran petir (back-flashover) atau dampak gangguan

05. Very fast-front overvoltage. Terjadi pada Gas Insulated Switchgear (GIS) akibat gangguan atau switching

Pengaruh OV ke sistem insulasi

Dari penjelasan tentang overvoltage kita sudah punya gambran bagaiman insulator tersebut bisa breakdown. Nah, selanjutntya kita bahas tentang bagaimana metode yang tepat untuk mengatasi atau minimal bisa ya meminimalisir terjadinya kegagalan insulasi. Terdapat beberapa aspek fundamental dalam mendesain sistem insulasi pada jaringan transmisi yaitu:

1. Flashover yang disebabkan oleh sambaran petir bisa kita pahami sebagai fenomena yang fatal, tetapi kerusakan yang dihasilkan pada sistem harus dihindari misal, kerusakan pada insulator atau konduktor akibat sambaran petir.
2. Jarak insulator (clearance) yang seimbang secara teknis dan ekonomis harus dipastikan dapat terhindar dari kegagalan insulasi akibat sambaran petir.
3. Flashover yang disebabkan oleh surja switching atau pengaruh pada frekuensi rendah harus dihindari.

Konsep di atas diasumsikan pada insulator yang memiliki karakteristik self-restoring atau insulator tersebut memiliki kemampuan untuk kembali ke sifat insulasinya saat sumber dari surja sudah menghilang.

Nah, untuk penanggunalangan apabila terjadi kegagalan insulasi adalah sebagai berikut:

1. Mengurangi dampak akibat terjadinya sambaran petir di saluran transmisi dengan menignkatkan performa grounding dan GSW
2. Mengurangi probabilitas back-flashover yang disebabkan oleh sambaran petir baik pada GSW atau struktur tower dengan penambahan grounding langsung dari GSW
3. Penanggulangan efek dari traveling wave apabila terjadi shielding failure dengan penerapan TLA
4. Memastikan perhitungan kebutuhan BIL insulator sesuai terhadap potensi lightning expusure di area sekitar
5. Memperhitungkan residu tegangan lebih pada jaringan transmisi dengan mempertimbangkan BIL insulator, arcing horn gap dan kemampuan lightning arrester pada gardu induk.
6. Penerapan auto reclose pada sistem proteksi.

Kesimpulan

Overvoltage merupakan suatu fenomena pada sistem kelistrikan tegangan tinggi yang disebabkan oleh faktor eksternal dan faktor internal. Sehingga dalam hal ini overvoltage adalah sebuah dampak dari sumber gangguan yang menyebabkan kelainan tegangan pada sistem. Berdasarkan karakteristiknya, overvoltage ini dibedakan berdasarkan periode gelombangnya serta bagaimana bentuk gelombang itu terjadi. Sehingga dengan memahami fundamental dari overvoltage ini kita sebagai enginer dapat mendesain sistem insulasi yang efisien tetapi juga efektif. Karena beda sistem insulasi akan berbeda juga efeknya saat diterpa berbagai jenis overvoltage yang sudah kita bahas tadi.